eaf及lf智能调节器

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1、,目 录,一、引 言 二、技术特色与使用意义、应用领域及适用范围 三、获奖及专利 四、功能简介 五、硬件配置（设备组成） 六、软件配置及简介 七、关键技术要点及控制策略 八、神经元网络调节与PID调节的比较 九、神经元网络调节原理简介 十、LF节能降耗简介 (弧流稳定性对电耗的影响 实现节能降耗的综合措施) 十一、应用情况（业绩）,编制：陶百生（13311259081），北京金自天正（冶金自动化院）,一、引 言,智能调节器“Ari-IEF”及“Ari-ILF”简介是北京金自天正智能控制股份有限公司自主开发、具有自主知识产权的电极调节系统，包括智能EAF调节器（Ari-IEF）和智能LF调节器（

2、Ari-ILF），分别适用于EAF和LF。智能调节器是一种基于人工神经元网络技术（ANN）、并集合传统PID控制及专家规则的电极控制器。它结合了神经元网络技术与PID控制的优点，克服了两者的不足，因而与单纯的PID电极调节器相比，智能调节器具有电弧控制稳定、降低电耗、减少电极消耗、增加控制过程的平稳性等特点,同时也具有动态感抗计算及功率设定优化的功能。 智能调节器“Ari-IEF”及“Ari-ILF”目标任务：获得稳定的熔炼弧流；加热工作点，即功率(电压电流)设定点的寻优，以及各种电参数计算等诸多种功能。后者鉴于各种因素，其重要性往往被人们忽视。,二、技术特色与使用意义、应用领域及适用范围,技

3、术特色 由于本智能调节器主控方式采用IPC（工控机，内含高速数据采集卡及配套的处理软件），因而具备一般PLC调节器所没有的处理技术，主要包括： 实际二次侧三相短网参数（阻抗及电抗）的在线计算； 功率档位设定优化，即依据变压器铭牌与实际的三相短网参数，计算每个电压档位下最大弧功率时的设定电流及制定出相应的弧流设定档位（不同升温速率）； 比例阀特性全量程范围补偿处理； 高压系统运行期间，电压及电流等参数瞬时畸变波形及异常数据的在线纪录； 在线实现FFT（快速傅里叶变换），分析高次谐波； 提供多种控制策略（传统PID及智能算法），同时，增加了滞后特性处理模块（由此减轻滞后效应及其所造成的危害）及输出

4、平滑化等诸多模块，另外，微分因子分段化处理； 在线计算每相各种电参数，比如：功率因数、有功功率、弧功率、视在功率、弧长及耐材指数等。 使用意义 由于具备上述的技术优势，因而使用本智能调节器可以达到如下实际使用效果： 检验短网制造是否符合设计标准及三相平衡度； 满足冶炼弧功率的前提下，确保以较小的设定弧流冶炼，由此减少短网热损耗及弧流密度，最终达到节能及降低电极消耗的目的； 消除人为设定功率（电压、电流或弧流）档位的盲目性以及由此可能带来的不利；,二、技术特色与使用意义、应用领域及适用范围,消除比例阀特性的非线性及死区造成的控制影响，图形化比例阀特性曲线，用户可以自行完 成矫正与补偿任务，最终提

5、高电极控制的稳定性，也有利于液压设备的检查； 当高压系统（设备）发生故障后，提供了一种有效的电气故障分析、检查手段； 高次谐波的处理功能可以为电炉/LF造渣状况及电气特性分析等提供判定依据（比如进行静态或动态补偿前后谐波治理效果的比较） ； 电极运行及弧流更加平稳，有利于埋弧操作，减轻钢渣喷溅、大大减少跳闸与电极折断的几率及减缓水冷电缆和电极的水平摆动等各种不良冶炼现象； 实现节能（达到节电约5%左右的效果，最终数据与具体现场密切相关）及降低电极消耗的目标；也有利于提高加热效率、缩短冶炼周期及扩大产能； 与EAF/LF二级模型相结合，实现冶炼过程自动设定加热曲线（电档位），这是自动炼钢的基础。

6、 应用领域 凡是需用交流低电压、大电流通过（石墨或自耗）电极加热处理的场合，均可以使用本智能调节器。比如，如下一些领域均可以采用： LF（钢包炉）； EAF（电弧炉）； 矿热炉； 电渣炉。 适用范围 本智能调节器的适用（容量）范围没有限制。比如，小到5吨的LF、大到300吨的LF均可以采用；同样，对于EAF等使用场合也是没有容量大小的限制。另外，本智能调节器，对于50Hz或60Hz不同工频的交流系统也都适用。,三、获奖及专利,冶金行业部级优秀工程设计计算机软件二等奖 获奖时间：2001年9月 颁奖单位：中国冶金建设协会 冶金科学技术进步三等奖 获奖时间：2002年 颁奖单位：中国钢铁协会、中国

7、金属学会 北京市科技新产品科技进步三等奖 获奖时间：2002年 颁奖单位：北京市科技部,获奖情况,实用新型专利 名称：一种电极控制器 专利号：201220543270.3 目前（2013年3月）该专利已获授权。 发明专利 名称：一种多功能智能电极控制器 专利号：201210405986.1 目前该专利已获授权。 发明专利 名称：一种电极智能调节器及电极智能控制方法 专利号：201210505695.X 目前该专利已获授权。,专利情况（于2012年9月申请提出专利申报）,特别强调的是，实际的二次短网参数计算及功率设定表的计算是本智能电极调节器所特有的（这是由特定的高速数据采集特性及数据处理功能所

8、决定的），国内其它的电极调节器还未见到有此类功能的报道。另外，比例阀特性全量程范围线性化补偿也是本智能调节器所具有的一个亮点。其它诸如谐波分析（FFT）及电压与电流波形瞬时纪录等功能也是普通PLC电极调节器所不具备的。,四、功 能 简 介,电极升降控制，包含多种策略： 神经元控制 常规PID控制 恒弧流PID 恒功率PID 恒阻抗PID 功率优化设定，包含如下计算： 二次短网短路阻抗计算 二次短网短路感抗计算 动态电抗计算 静态功率圆图计算 静态功率设定表计算 动态功率设定计算 电参数的处理，包含如下处理： 电参数计算： 视在/有功/弧功/无功功率计算 功率因素/弧长计算 电流/电压有效值计算

9、 原边/副边电耗计算,智能调节（工控机）部分,其它电参数的计算 电参数存储及查询： 存储时间的周期任意指定 查询选择时间范围内的各种电参数 异常情况处理，涵盖如下情况： 电极接触导电材料判断及处理（EAF） 电极接触不导电材料判断及处理（EAF） 三相共振预防（早期预测）及消除（LF） 其它辅助功能： 网络数据通讯 在线设备故障诊断及报警 其它功能,热备（PLC）部分,电极升降控制（常规PID） 恒弧流PID 恒功率PID 恒阻抗PID 异常情况处理（与智能部分类似） 其它辅助功能（与智能部分类似）,五、硬 件 配 置（设 备 组 成）,Rogowski线圈（二次电流直接测量） 二次匹配箱（二

10、次电压滤波及检测、二次大电流检测信号的转接） 电极升降控制柜,设备组成：,工控机（硬件：网卡、高速AI/O卡；应用软件：电极调节神经元算法、智能PID算法、常规PID控制（恒弧流/恒阻抗/恒功率）算法等） 热备PLC（电极调节常规PID（恒弧流/恒阻抗/恒功率）算法等） 变送器（信号转换）,二次匹配箱,二次匹配箱（内部图）,电极升降控制柜,2200(高)*800(宽)*800(深),900(高)*600(宽)*400(深),Rogowski线圈（安装图）,六、（智 能 调 节 器 部 分）软 件 配 置 及 简 介,智能调节器软件系统主要由四个独立的进程组成（与最新程序界面有差异）。,1）系统

11、管理进程 此进程完成的功能： 进程/线程调度管理； 建立进程间的数据共享内存，用于不同进程间的数据交换； 实现PC网络通讯服务，完成与PC服务器、设定点优化进程间的数据交换； 进程画面如右图所示。,2）A/O进程 此进程完成的功能： 从高速AI卡采集模拟量数据； 数据处理（电压/电流有效值、功率因素、 KW因子、PERSSION因子、谐波因子等）； 处理后的数据写入共享内存； 从共享内存得到三相电极输出数据及开关量信号，并通过AO卡输出控制三相电极。 进程画面如右图所示。,3）DI进程 此进程完成的功能： 从PLC设备/DI卡中得到开关量信号（采集速度为10次/秒）； 从PLC设备中得到设定电

12、流； 把采集信号写入共享内存。 进程画面如右图所示。通信协议采用工业 以太网协议，通信接口采用OPC标准。,4）ANN进程 此进程完成的功能： 从共享内存中得到所需信号； 完成PID调节算法； 完成ANN调节算法； 完成智能PID调节算法； 结合专家规则选择实际采用的调节算法； 把计算的输出结果写入共享内存。 进程画面如右图所示。,5）其它辅助进程 除了以上四个进程外，也需要其它一些程序，比如ANN离线训练等。这里就不一一介绍，仅给出一些主要的画面显示。 炉况仿真器在线学习测试画面 调节器离线学习画面 实时运行曲线监视画面 参数配置 历史数据查询, 炉况仿真器在线学习测试画面, 调节器离线学习

13、画面,实时运行曲线监视画面, 参数配置_1(一般检测参数设置),修改这里的系数，可以矫正3相电极手动上升或下降（或自动下降）速度的不一致。, 参数配置_2(比例阀特性测试曲线及矫正程序),通过比例阀特性全量程范围线性化矫正，消除死区及非线性化造成的控制不灵敏现象。本系统提供了专门工具软件（界面见上图所示），通过该软件用户可以自己完成比例阀特性的（自动）矫正工作。,二次侧电路图 （优化功率设定需要知道实际的每相短路阻抗RO及感抗XLO）,Y/-11(Yn,D11)接法相电压矢量图,Y/-11接线图,功率设定优化及相关技术介绍（基础数据：实际二次短网参数及变压器铭牌参数） 二次侧实际电路,二次侧每

14、相等效电路图 （由此推导出功率圆图曲线）,电抗计算示意图 Z=V/I XL0=Z*sin,二次效电路,功率优化功能及处理技术： 二次短网回路短路电阻及短路电抗的计算 功率设定表计算、数据文件生成及数据库写入 图形化工具 功率圆图 电参数曲线 其它处理功能, 功率圆图,功率圆图是功率优化的基础，通过本功率可以制定特定现场的最优加热曲线。代替人工设置的盲目性。,电参数曲线是功率优化设定的计算基础。通过本模块的计算结果，可以为LF二级模型和操作人员提供一组最优的加热曲线（二维数据表）。 图中，上半部为各种功率（视在功率PS/有功功率PU/弧功率Parc/无功功率PQ/二次短网阻抗热损耗功率Pro）与

15、二次电流的关系。 下半部为除功率外其它各种电参数与二次电流的关系。这些参数为：功率因数Cos、电效率Parc/PU（弧功率与有功功率之比）、弧长Larc、弧压Varc及弧阻Rarc。 对于一些改造项目，现场往往缺少齐全的检测仪表（比如，电度表，功率因数表等），我们的调节器完全可以计算这些参数，并且所计算参数的数量远超出了一般现场仪表所能检测的参数（比如，计算原边、副边的电耗、每相的功率因数等；再比如，通过智能调节器的弧长及弧功率计算与LF模型的渣厚计算，就可以自动实现选择最佳的电压电流档位、确保埋弧及快速升温的目的），这些为自动化系统的功能优化提供了不可或缺的基础数据。, 电参数曲线, 电参数

16、计算,二次短网参数（阻抗和感抗）是一个关键数据它是提高用电效率的基础数据，尽管看不见、摸不着，但为客观存在，只有通过一定的手法才能得到其实际的真实值，而不是设计值（两者没有必然关系，往往相差很大）。,* Log time at 20-Jul-2010 09:32:30 * V_A(V), I_A(A), cosA; V_B(V), I_B(A), cosB; V_C(V), I_C(A), cosC; XLoA, XLoB, XLoC, XLo. 167, 38599, 0.83; 134, 36252, 0.71; 165, 36252, 0.89; 2.39, 2.61, 2.50, 2.50 163, 42497, 0.77; 141, 39991, 0.69; 156, 39991, 0.82; 2.46, 2.56, 2.47, 2.49 151, 39675, 0.78; 159, 39359, 0